Э. Фёршт - Структура и механизм действия ферментов (1128692), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Как и в случае многих органических молекул, представляющих биологический интерес, оптическая активность аминокислот обусловлена присутствием асимметричного атома углерода с четырьмя различными заместителями. Сейчас такой тип углеродного атома носит название хиральньш" центр. Углеродный атом с двумя одинаковыми заместителями (Сй,й'й") называется прохиральным. Хотя соединение такого типа и не обладает оптической активностью (поскольку атом углерода связан с двумя одинаковыми группами и,следовательно, имеет плоскость симметрии), оно может стать таковым при замещении одной из Й-групп другой группой (отличной от Й' и й"). Лет 40 — 50 назад отмечалось, что для распознавания ферментом хирального атома углерода по крайней мере три группы из числа окружающих этот атом групп должны связаться с ферментом (теория трехточечного присоединения) [66).
Если фермент связывается только с двумя группами, то две другие можно поменять местами, не повлияв на связывание (схема 2.88)]. ХИМИЧВСКИП КАТАЛИЗ 1. Асимметричный фермент может превратить симметричный субстрат в асимметричный Хотя в случае простых химических реакций в молекуле СНзйй' оба атома водорода эквивалентны, при связывании с асимметричным активным центром фермента эта эквивалентность можег быть утрачена [671.
Например, присоединение к ферменту молекулы СН2ЙЙ' группами Й и й' н, (2.90) приводит к тому, что водородные атомы оказываются в разном окружении. Атом Н. может оказаться рядом с каталитически активным основанием, тогда как атом Нь — попасть в неактивное окружение. Еще одним примером такого рода служат реакции между карбонильными соединениями н соединениями с двойными углерод-углеродными связями Если реагент атакует плоский тригональный атом углерода только с одной стороны, то образуется оптически активное соединение. Например, если на схеме (2.91) нуклеофнл атакует ацетальдегид «с фронта», то образуется продукт, изображенный слева, тогда как при атаке с «тыла» образуется энантиомер, изображенный справа. 'т' СН, Сн, у ,талаз Н р(Заметим, что атака тригонального атома углерода всегда происходит перпендикулярно плоскости двойной связи.) В случае простой химической реакции в растворе вероятность атаки тригонального углеродного атома со всех сторон одинакова (2.91), и в результате образуется рацемическая смесь, содержащая по 50% каждого энантиомера.
В ходе ферментативной же реакции атака возможна только с одной стороны, поскольку субстрат жестко удерживается в асимметричном активном центре и для атакующей группы доступна только одна сторона субстрата. 2. Обозначения 165] Символы 11 и 1., которые обычно используются для обозначения конфигурации, имеют тот недостаток, что не являются абсолютными, а относятся к эталонному соединению. Более по- ГЛАВА 2 ~НО СНО Н ОН Н вЂ” С вЂ” ОН ~ Н~С вОН = С сн,он Сн,он нон,с сно Эглицеральдегид=Я-глициральйгид (2.92) СНО СНО НО Н 1 г НΠ— С вЂ” Н Н~С ~Н = ~ С ! ,он Снь с,он (2.93) й-глице~альдееид Б-елицеральдееид [Отметим, что формулы глицеральдегида, расположенные слева, написаны в соответствии с правилами Фишера; связи в лезная система обозначений, описывающая абсолютную асимметрию молекул, использует символы Р и 5. Согласно этой системе, определяется приоритет групп, связанных с хиральным углеродным атомом, основанный на ряде правил, в основу которых положены значения атомного номера и массового числа присоединенных атомов.
Сначала рассматриваются атомы, непосредственно связанные с хиральным атомом углерода; чем больше атомный номер, тем выше приоритет атома. При наличии изотопов «старшим» считается изотоп с ббльшим массовым числом. Если группы связаны с хиральным атомом углерода через одинаковые атомы, то рассматриваются атомные номера и массовые числа следующих атомов. Лучше всего этот принцип иллюстрирует последовательность наиболее часто встречающихся групп: — ЯН ) — Оц ) — ОН ) ЯНСОН ) ) — Ннг ) — СОЯ ) — СО»Н» — СНО ) — СНгон ) ) — СьН, ) СНь ) — Т ) — Э ) — Н. (Заметим, что приоритет группы — СНО выше, чем группы — СНьОН, поскольку считается, что в группе С=О углерод связан с двумя атомами кислорода.) Хиральный атом углерода обозначается буквой )т' или 5.
На этот атом смотрят в направлении, противоположном тому, которое ведет к заместителю, обладающему низшим приоритетом. Если приоритет оставшихся трех заместителей уменьшается в направлении, совпадающем с направлением движения часовой стрелки, то говорят, что молекула имеет абсолютную конфигурацию Р (от гес(цз — правая). Если приоритет уменьшается в обратном направлении, то считается, что имеет место абсолютная конфигурация 5 (от з)п1з(ег — левая). Например, химнческии катализ (оз направлении «восток — запад» выступают вперед из плоскости рисунка, а связи, идущие в направлении «север — юг», уходят за плоскость, как это изображено на формулах в центре схем (2.92) и (2.93),) СН, Г~ ) Ньы СО,Н (2.94) й-аланин- Б-алания Кроме того, сушествует правило прохиральности. Например, если двум протонам в зтаноле присвоить индексы а и Ь и принять, что приоритет атома Н, выше, чем атома Нь (схема (2.95)), Н, ОН Н, СН, (2.95) то Н, будет считаться про-И-атомом, поскольку приоритет при движении по часовой стрелке уменьшается.
Напротив, атом Йь называют атомом про-5. Обратите внимание, что если повторить зто рассмотрение, считая, что теперь приоритет атома Нь выше, то все равно Н. остается про-)(-атомом, а Оь †п-5, Следовательно, прохиральность является абсолютной и не зависит от того, какому из атомов — Н, или Нь — принадлежит приоритет. Две стороны соединения, содержащего тригональный углеродный атом, на основании ряда сложных правил обозначаются символами ге (от гес(цз) и з( (от з!п(з(ег).
Простой пример такого рода приведен на схеме (2.96); одно и то же соединение обращено к читателю двумя противоположными сторонами. ГЛАВА В !04 3. Примеры стереоспецнфнчностн ферментов а. Никотннамндадениндинуклеотид-зависимое окисление и восстановление В окислнтельно-восстановительных реакциях ЫАЭ+ и МАОРе нн, и о оо о о о ~о ~о 12 эт) (К = Н и РОВ соответственно) выступают в роли коферментов, обратимо присоединяя водород в положение 4 никотинамидного кольца.
Н СФО Н НН, +АН, Н ~1~ Н 1 Положение 4 в дигидроникотинамидном кольце является прохиральным. Стороны никотинамидного кольца и протоны при атоме С-4 можно пометить в соответствии с КВ-системой, приняв, что та часть кольца, которая содержит группу — СОХН„ имеет больший приоритет, чем остальная (2.99) ге В ходе важных с исторической точки зрения экспериментов было выявлено, что между субстратом и ХАЮ+ происходит прямой стереоспецифический перенос водорода 168, 69]. Дрожжевая алкогольдегидрогеназа переносит 1 моль дейтерия от СНзСЭВОН на ХАО+. При инкубации полученного таким путем химическин кззтллнз МАО + СНзСОзОН вЂ” ~ ИАОО+ СНзСОО+ Н (2.100) МАРО+ СНзСНО+ Н вЂ” ~ ХАО + СНзСОНОН (2.101) Перенос на альдегид также стереоспецифичен.
Образующийся спирт [схема (2.102)] является Я-энантномером и обладает оптической активностью с удельным оптическим вращением — 0,28=ЬО,ОЗ' [70]. Н,Р С СН, ОН (2.102) б. Гидратация фумарата, катализируемая фумаразой Фумараза катализирует присоединение составных частей воды по двойной связи фумарата [схема (2.!03)]. СО,Н Р .Сй "С о,о Он НО7С Н СО,Н Р 'Сзз [ зС аН г НО7С ОН (2.103) Н СО7Н НО,С Н Стереохимический анализ образуюшейся яблочной кислоты по.
казал, что присоединяюшаяся Р70 находится в грине-, а не э з(ис-положении (т. е. Рз. присоединяется ввреху, со стороны ге, а РО- — внизу, со стороны зз). МАРР с ферментом и немеченым ацетальдегндом весь дейтерий оказывается перенесенным от МАРР на образовавшийся спирт. Дейтерий или водород стереоспецифическн присоединяется лишь к одной стороне молекулы НАР+ и впоследствии от этой же стороны отшепляется. Неспецифическое присоединение к обеим сторонам НАР+ привело бы к обратному переносу на ацетальдегид лишь 507(о дейтерия (или значительно меньшего количества, поскольку кинетический изотопный эффект замедляет перенос). Одни дегидрогеназы переносят водород на ту же сторону НАР+, что и алкогольдегидрогеназа (дегндрогеназы класса А), другие — на противоположную сторону (класс В); эти дегидрогеназы перечислены в гл.!2.
Впоследствии былоустановлено, что ферменты класса А осушествляют перенос протона к ге-стороне НАР+ (или МАРР+) и используют лро-Я-водород МАРН. глаза а Ю6 в. а(ис-ендиольное промежуточное соединение в реакциях ферментативной нзомеризации альдоз в кетозы н 1 т — с — он С=о К н о с 1 т — с — он к промежуточного соединения. Анализ стереохимии продуктов показывает, что промежуточное соединение представляет собой цис-, а не транс-форму (71).
Альдозы, которые относительно атома С-2 являются )с-формами (схема (2.105)), всегда образуют кетозы, которые являются )т-формами относительно атома С-1. Это предполагает,что ендиол имеет цис- !схема (2.105), вверху), а не транс-конфигурацию. (2. 104) Н ОН С г' он Н, ОН Сп н, о С, Т 'С„он с=о к' (2 А 05) но н ', г с к он НО т-''С.' н о к СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1, Ре!аег Н„ат!упег Е., Е.
рйуа. Сйев., В15, 445 (1932). 2, Еуг!пу Н., СЬет. Кеч., 17, 65 (!935]. 3. Еоапа М. 6., Ро1апу! М., Тгапа. Гага6ау 5ос., 31, 875 (1935), 4. Ргоа! А. А., Реаггоп В. 6., К)пе1!са апд тесйап!ат, Лойп %11еу а 5опа 1пс., (1961). 5. Натгпопа 6. Е., Л. Ат. Сйет. 5ос., 77, 334 (!955). 6.
Вгопагег( 1. Ф., Рег(егаеп К., Х. рЬуа. СЬет., А108, !85 (1923). 7. 1епсуа иг. Р., Сагмао!о 1., Л. Ат. сЬет. 5ос., 83, 1743 (1961). 8. Р
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
